JP3575517B2

JP3575517B2 - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP3575517B2
Application number: JP14213597A
Authority: JP
Inventors: 伸芳杉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: JPH10329743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルに連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置に関し、特に、転舵用アクチュエータによって転舵輪を転舵駆動する操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の操舵制御装置の一例が、例えば特開平４−３８２７０号に開示されている。この操舵制御装置は、操舵ハンドルの操作量に応じて転舵軸を変位駆動するが、この際の駆動源となる転舵軸モータを２台備えており、２台の転舵軸モータを同時に駆動させることで、転舵軸を変位駆動している。このように駆動系を２系統備えることで、一方の転舵軸モータに故障が発生した場合にも、もう一方の転舵軸モータによって転舵軸を変位駆動することが可能となり、操舵不能となる事態を回避している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の操舵制御装置は、このように２台の転舵軸モータを備え、正常時には双方同時に駆動しているが、２台の転舵軸モータの制御には、操舵ハンドルの操作量と転舵軸の変位量とに基づいて演算された同一の制御量が双方の転舵軸モータに与えられる。このため、機械的な変位誤差、電気的な検出誤差或いは制御誤差等の影響で、２台の転舵軸モータが相互に干渉し合い、互いに逆方向に駆動トルクを発生するなどのおそれがあった。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、故障時に備えて、転舵軸を駆動する駆動系を２系統で構成した場合にも、各駆動系が相互干渉を生じることなく、しかも、電力消費を低減して効率的に作動させることができる操舵制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明にかかる操舵制御装置は、操舵ハンドルに連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、操舵ハンドルと機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、互いに異なる作動特性を有し、転舵手段を駆動する第１及び第２の駆動手段と、第１及び第２の駆動手段の作動状態を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に応じて、第１の駆動手段と第２の駆動手段とを切り換えて駆動制御を行う制御手段とを備えて構成する。
【０００６】
検出手段では、各駆動手段の作動状態として、例えば回転数或いは電流値などを検出し、制御手段は、この検出手段の検出結果に応じて、第１の駆動手段と第２の駆動手段とを切り換えて駆動制御を行う。この制御により、一方の駆動手段が駆動状態で、他方の駆動手段は休止状態となるため、双方の駆動手段が相互干渉を生じることはない。また、２つの駆動手段の作動特性が互いに異なるので、例えば、高トルクが要求される領域と高回転が要求される領域とで、作動させる駆動手段を切り換えることで、消費エネルギーが低減され、しかも転舵の際の応答性が向上するように作用する。
【０００７】
また、本発明にかかる操舵制御装置は、第１の駆動手段は第２の駆動手段に比べて大なる無負荷回転数を有し、第２の駆動手段は第１の駆動手段に比べて大なる始動トルクを有しており、制御手段は、第１の駆動手段のトルク−回転数特性と第２の駆動手段のトルク−回転数特性との交差域を境として、第１の駆動手段と第２の駆動手段とを切り換えて駆動制御を行う。
【０００８】
制御手段は、検出手段の検出結果を基に、両駆動手段のトルク−回転数特性の交差域を境として、作動させる駆動手段を切り換えて駆動制御を行う。例えば、回転数が低い始動直後では高トルクが要求されるため、制御手段は低回転高トルク型の第２の駆動手段を駆動させ、前述の交差域を越えて回転数が上昇した段階で、第２の駆動手段を休止させ、高回転低トルク型の第１の駆動手段を駆動させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。
【００１０】
図１に実施形態にかかる操舵制御装置の構成を概略的に示す。この操舵制御装置は、運転者が操作するマスタ部Ａ、転舵輪２１を転舵させるスレーブ部Ｂ、機械的に分離されたマスタ部Ａとスレーブ部Ｂとを電気的に制御するコントローラＣで構成する。
【００１１】
マスタ部Ａは、操舵ハンドル１１が取り付けられた操舵軸１２と、操舵軸１２を回転駆動する操舵軸モータ１４とを備えると共に、操舵軸１２には、操舵ハンドル１１の実操舵位置を検出する操舵角センサ１３と、操舵ハンドル１１に付与される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１５とを備えている。
【００１２】
スレーブ部Ｂは、転舵軸２２の両側に転舵輪２１が連結されており、転舵軸２２を軸方向に沿って変位駆動することで、転舵輪２１が転舵される。図２に拡大して示すように、この転舵軸２２を変位させる駆動手段としての駆動源を、２つのアクチュエータ２３、２４と変換機２５とで構成している。
【００１３】
両アクチュエータ２３，２４は、それぞれ体格の異なるモータ２３ａ、２４ａと、互いに同一径の出力ギア２３ｂ、２４ｂとで構成しており、このように体格の異なるモータを備えることで、両アクチュエータ２３，２４の作動特性を互いに相違させており、アクチュエータ２３は高回転低トルク型のアクチュエータを構成し、アクチュエータ２４は低回転高トルク型のアクチュエータを構成している。なお、各アクチュエータ２３，２４の作動特性は後に詳述する。
【００１４】
変換機２５は、リサーキュレーティングボール式のギアを構成しており、アクチュエータ２３，２４の回転運動を直線運動に変換して転舵軸２２を軸方向に変位させる。変換機２５の両側の外周部には、同一径を有するギア部２５ａ、２５ｂが変換機本体に対して一体的に形成されており、両ギア部２５ａ、２５ｂには、アクチュエータ２３，２４の出力ギア２３ｂ、２４ｂが噛合している。これにより、変換機２５とモータ２３ａ、及び変換機２５とモータ２４ａとの間は、同一のギア列で連結されるため、モータ２３ａ、２４ａの回転が変換機２５に伝わる回転伝達比は、両アクチュエータ２３，２４とも同一となっている。
【００１５】
また、この変換機２５には、この変換機２５の回転数を検出する回転数センサ２６を設けており、回転数センサ２６によって変換機２５の回転数を検出することで、アクチュエータ２３，２４の作動状態としての回転数を間接的に検出している。
【００１６】
一方、転舵軸２２の両側には、転舵輪２１からの転舵軸２２側に付与される軸力（転舵反力）を検出する反力センサ２８を設けている。また、転舵軸２２には、この転舵軸２２の変位位置を検出するストロークセンサ２７を設けており、転舵軸２２の変位位置と転舵輪２１の転舵位置が対応するため、転舵軸２２の変位位置をストロークセンサ２７で検出することで、転舵輪２１の転舵位置を検知している。
【００１７】
コントローラＣは、操舵角センサ１３、操舵トルクセンサ１５、車速センサ１６、回転数センサ２６、ストロークセンサ２７及び反力センサ２８の検出結果が与えられ、これらの検出結果をもとに転舵制御及び反力制御を行っている。すなわちコントローラＣは、操舵トルクセンサ１５と反力センサ２８との検出結果を基に操舵軸モータ１４の駆動制御を行っており、これにより操舵ハンドル１１に付与する操舵反力が制御される。また、コントローラＣは、操舵角センサ１３と車速センサ１６の検出結果を基に、制御目標となる目標転舵位置を演算し、この演算結果とストロークセンサ２７の検出結果との偏差が減少するように、アクチュエータ２３、２４の駆動制御を行い、転舵輪２１の転舵位置制御を実施している。この際、以下に説明するように、回転数センサ２６の検出結果に応じて、アクチュエータ２３とアクチュエータ２４とを切り換えて駆動制御している。
【００１８】
ここで、コントローラＣで実施するアクチュエータ２３，２４の駆動制御について説明する。
【００１９】
図３に示すように、アクチュエータ２３はアクチュエータ２４に比べて大なる無負荷回転数を有し、アクチュエータ２４はアクチュエータ２３に比べて大なる始動トルクを有している。このように２つのアクチュエータ２３，２４の作動特性が異なるため、両アクチュエータ２３，２４のトルク−回転数特性直線は点Ｃで交差しており、このときの両アクチュエータ２３，２４の回転数はＮｃとなっている。また、図４の時間−回転数特性で示すように、同一条件下において、一方のアクチュエータによって変換機２５を回転駆動させた場合、回転数Ｎｃに到達する時間は、アクチュエータ２３に比べアクチュエータ２４の方が速いが、最終到達回転数は、アクチュエータ２４に比べアクチュエータ２３の方が大である。
【００２０】
これらの関係より、コントローラＣでは、回転数センサ２６で検出された回転数を基に、回転数Ｎｃ未満の領域では低回転高トルク型のアクチュエータ２４を作動させ、回転数Ｎｃ以上の領域では高回転低トルク型のアクチュエータ２３を作動させて、転舵制御を実施している。
【００２１】
このように回転数Ｎｃを境として、２台のアクチュエータ２３，２４を切り換えて駆動することで、両アクチュエータ２３，２４の動作が相互に干渉することを回避でき、しかも図５の時間−回転数特性で示すように、短時間で高回転域まで到達することが可能となる。従って、アクチュエータとして素早く動作することとなり、これにより転舵応答性を向上させることができる。
【００２２】
また、このとき、各アクチュエータ２３，２４の駆動電流の電流値は、図６に示すように推移する（図３参照）。変換機２５の回転始動時には、コントローラＣによってアクチュエータ２４が駆動されるため、駆動開始後、電流値がアクチュエータ２４の始動電流Ｉ１まで上昇する。この後、回転数が上昇するにつれて電流値が減少し、回転数がＮｃまで上昇するとアクチュエータ２４の駆動電流はＩ２となり、この時点で、アクチュエータ２４の駆動が休止され、コントローラＣによる制御対象がアクチュエータ２３に切り換わる。これにより、アクチュエータ２３に対する駆動電流の供給が開始される。このときの回転数がＮｃであるため、駆動開始後、アクチュエータ２３の駆動電流は、回転数Ｎｃに対応する電流値Ｉ３まで上昇し、この後、回転数が上昇するにつれて電流値が減少していく。
【００２３】
このように、アクチュエータ２３の駆動電流の電流値はＩ３以下に抑えられることになり、図３のグラフで示すアクチュエータ２３の始動電流Ｉ４のような大きな電流が供給されることはなく、電力消費を低減することができる。
【００２４】
以上説明した実施形態では、互いに体格の異なるモータ２３ａ、２４ａを備えることで、互いのアクチュエータ２３，２４の作動特性を相違させているが、モータ２３ａ、２４ａを、同一体格のモータとした場合にも、図７に示すように、出力ギア２３ｂの外径に比べて出力ギア２４ｂの外径を小さくして構成することで、前述した実施形態と同様にアクチュエータの作動特性を互いに相違させることもでき、同様に変換機２５における両側のギア部２５ａ、２５ｂの外径を相違させてもよい。
【００２５】
また、回転数センサ２６で変換機２５の回転数を検出することで、駆動手段としてのアクチュエータ２３，２４及び変換機２５の作動状態を検知する例を示したが、この他にも、各モータ２３ｂ、２４ｂに流れる駆動電流の大きさを電流センサで検出することで、作動状態を検知することもできる。この場合、前述した実施形態では、図３を参照すると、アクチュエータ２４の駆動電流がＩ２になった時点で、アクチュエータ２４を休止させてアクチュエータ２３を駆動すればよい。
【００２６】
さらに、駆動させるアクチュエータを切り換える際に、図３における両アクチュエータのトルク−回転数特性の交点Ｃを基準としたが、必ずしも交点Ｃに限定するものではなく、切り換え時のトルク変動が少ない範囲となる、交点Ｃ近傍における、両アクチュエータのトルク−回転数特性の交差域であればよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる操舵制御装置では、制御手段によって、第１の駆動手段と第２の駆動手段とを切り換えて駆動制御するので、故障時に備えて２系統の駆動手段を備えた場合にも、両駆動手段に相互干渉が生じる事態を回避できる。また、この第１の駆動手段と第２の駆動手段は、互いに作動特性が異なるので、例えば、高回転が要求される領域や高トルクが要求される領域において、それぞれ好適な駆動手段を駆動させることが可能となり、消費エネルギーを低減でき、しかも転舵の際の応答性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】両アクチュエータの取り付け部位を示す拡大図である。
【図３】個々のアクチュエータのトルク−回転数特性及びトルク−電流特性を示すグラフである。
【図４】個々のアクチュエータの時間−回転数特性を示すグラフである。
【図５】両アクチュエータを切り換えて駆動させた場合の時間−回転数特性を示すグラフである。
【図６】両アクチュエータを切り換えて駆動させた場合の時間−電流特性を示すグラフである。
【図７】他の実施形態にかかるアクチュエータと変換機とを示す拡大図である。
【符号の説明】
Ａ…マスタ部、Ｂ…スレーブ部、Ｃ…コントローラ、１１…操舵ハンドル、１２…操舵軸、１３…操舵角センサ、１４…操舵軸モータ、１５…操舵トルクセンサ、１６…車速センサ、２１…転舵輪、２２…転舵軸、２３…アクチュエータ、２３ａ…モータ、２３ｂ…出力ギア、２４…アクチュエータ、２４ａ…モータ、２４ｂ…出力ギア、２５…変換機、２５ａ、２５ｂ…ギア部、２６…回転数センサ、２７…ストロークセンサ、２８…反力センサ。

Claims

操舵ハンドルに連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、
前記操舵ハンドルと機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、
互いに異なる作動特性を有し、前記転舵手段を駆動する第１及び第２の駆動手段と、
前記第１及び第２の駆動手段の作動状態を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じて、前記第１の駆動手段と第２の駆動手段とを切り換えて駆動制御を行う制御手段とを備え、
前記第１の駆動手段は前記第２の駆動手段に比べて大なる無負荷回転数を有し、前記第２の駆動手段は前記第１の駆動手段に比べて大なる始動トルクを有しており、
前記制御手段は、前記第１の駆動手段のトルク−回転数特性と前記第２の駆動手段のトルク−回転数特性との交差域を境として、前記第１の駆動手段と第２の駆動手段とを切り換えて駆動制御を行うことを特徴とする操舵制御装置。